CN107036480A - 换热板以及使用其的板式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种换热板和使用其的板式换热器。所述换热板包括凹陷点和/或凸起点，所述换热板的至少部分区域上的至少两个相邻的凹陷点和/或凸起点之间的过渡曲面配置成是受约束的。

Description

换热板以及使用其的板式换热器
技术领域
本发明涉及制冷空调、石油化工、区域供热等技术领域，尤其涉及在这些技术领域中使用的板式换热器以及其所使用的换热板。
背景技术
通常，板式换热器的压降的大小与流通截面的大小直接相关。相对于板式换热器而言，通常波纹深度是影响压降大小的关键参数之一，但波纹深度与其它波纹结构参数存在耦合关系，不能单独调节。并且板式换热器的两侧存在负相相关关系。
在现有技术中，当换热板上的点波分布确定之后，点波之间的过渡曲面也就被动的定型了，没法根据需要调整压降、分液和换热效率。在保持原有结构样式的情况下，若要实现压降、分液、换热的调整，必须重新设计调整点波分布，极大地限制了设计。甚至导致设计不可能实现需要的压降、分液和效率。此外，现有结构和设计的方法无法调整板式换热器中的换热板的板片两侧的非对称比或非对称比很小。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷中的至少一个方面。
对于点波式板式换热器，换热板上的点波分布对该换热器的压降、分液、效率起决定性作用，且可变空间有限，以致于有些设计目标无法实现。
通过分析和研究换热板的板片发现，影响点波式换热器的分液、压降、效率中的其中一个很重要的因素是板片上的换热单元的最小流通截面，通过控制调整最小流通截面可以调整分液、压降、效率。
本发明中虽然以点波式换热器为例进行了详细描述和说明，但是本领域技术人员可以理解其设计构思不限于上述的点波式换热器，可以同样地使用在诸如凸起、凹陷式的板式换热器。也就是，本发明的设计构思可以应用于点波式或具有类似结构的各种板式换热器。
根据本发明的一个方面，提供了一种换热板，所述换热板包括凹陷点和/或凸起点，所述换热板的至少部分区域上的至少两个相邻的凹陷点和/或凸起点之间的过渡曲面配置成是受约束的。
在一个示例中，所述换热板的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。
在一个示例中，通过所述换热板的至少部分区域的以下参数中的至少一个来调节整个板式换热器的压降、换热性能和容积中的至少一个：
Ta：所述换热板上的相邻两个凸起点之间的边缘间距或两相邻凸起点之间的最短距离；
Tb：相邻两凹陷点之间的边缘间距或两相邻凹陷点之间的最短距离，该Tb的距离连线与所述Ta的距离连线相空间交叉；
Ha：连接Ta之间有一凹陷过渡曲线，该曲线上表面最低点与换热板的最高点之间的垂直距离；
Hb：连接Tb之间有一凸起过渡曲线，该曲线下表面最高点与换热板的最低点之间的垂直距离；
Wa：与Ha对应的曲线两端的距离；
Wb：与Hb对应的曲线两端的距离；
e：换热板的上表面高点与凹陷点之间的垂直距离，或换热板的下表面最低点与凸起点之间的垂直距离。
在一个示例中，在保持换热板的至少部分区域的Ta和Tb不变的情况下，通过调整所述至少部分区域的Ha、Hb来调节换热板的至少一侧上的最小流通截面以调节换热板两侧的压降、换热性能、容积和非对称性。
在一个示例中，所述调节参数Ha和Hb包括：调小参数Ha同时调大参数Hb；或调大参数Ha同时调小参数Hb。
在一个示例中，所述参数满足以下关系：
根据本发明的另一方面，提供了一种板式换热器，包括多个相互叠置在一起的换热板，所述换热板为根据上述的换热板，在叠置之后相邻的两个换热板之间形成换热通道。
在一个示例中，在所述相邻的两个换热板的至少部分区域的之间的换热通道在所述两个换热板中任一个的相邻的两侧的截面轮廓和/或面积是不同的。
在一个示例中，所述相邻的两个换热板的至少部分区域的之间的换热通道在所述相邻的两侧的最小流通截面轮廓和/或面积是不同的。
在一个示例中，同一换热板的两个表面上的流道中流过不同的流体以实现换热。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的板式换热器的立体图；
图2是图1中的一张换热板的俯视图；
图3a、图3b和图3c分别是图2中的换热板上的一部分的俯视图、侧视图和立体图；
图4是4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图；
图5a、5b、5c和5d分别是图4中的第一张换热板的一部分的俯视图、沿线A1-A1、B1-B1、C1-C1的截面视图；
图6是根据本发明的一个实施例的调整之后的4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图，其中附图中的箭头示出了流体的流动方向；
图7a、7b、7c和7d分别是图6中的第一张或上面的换热板的一部分的俯视图、沿线A2-A2、B2-B2、C2-C2的截面视图；
图8是根据本发明的另一个实施例的调整之后的4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图，其中附图中的箭头示出了流体的流动方向；
图9a、9b、9c和9d分别是图8中的第一张或上面的换热板的一部分的俯视图、沿线A3-A3、B3-B3、C3-C3的截面视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
如图1所示，其是根据本发明的一个实施例的板式换热器100的透视图。该板式换热器100主要包括位于上下两侧的端板10、位于上述两端板10之间的换热板20、位于板式换热器100的进口和出口处的接管30和在进口和出口处设置的加强板40等。
结合图2，可以看出，换热板20的主要换热单元由一些点波单元21组成。当流体流过换热板20的时候，位于换热板20两面的冷热流体被换热板20的板片分割开，且通过该换热板20的板片换热。
如图3a-3c所示，换热板20包括多个凹陷点22和/或凸起点23。该多个凹陷点22和/或凸起点23构成位于换热板20上的换热单元。可以明白，每个换热单元所包括的凹陷点22和/或凸起点23的数量不受具体限制，本领域技术人员可以根据需要设置它们的具体数量。也就是，换热板20的板片的两面上设置有多个这样的换热单元。
在本发明中，换热板20的至少部分区域上的至少两个相邻的凹陷点22和/或凸起点23之间的过渡曲面配置成是受约束的。
在此需要说明的是，此处所述的“相邻的凹陷点22和/或凸起点23之间的过渡曲面配置成是受约束的”含义是指过渡曲面是可以根据期望进行控制或调节的而不是规则的或均一的。如在背景技术部分所描述的，当换热板上的点波分布确定之后，点波之间的过渡曲面也就被动的定型了，没法根据需要调整压降、分液和换热效率。相比，在本发明中，对于点波式或类似结构的板式换热器，可以根据需要调节相邻的凹陷点22和/或凸起点23之间的过渡曲面；可以根据需要调节换热器各侧的流体压降；可以按照需要调节换热器各侧的流体容积；和可以按照需要调节换热器各区域的流通截面以调整流体分布。
在一个示例中，所述换热板20的至少部分区域的相邻的两侧的用于不同流体的最小流通截面A2、A2’轮廓和/或面积不同，例如参见图6。
在本发明的一个示例中，通过换热板20的至少部分区域的以下参数中的至少一个调节整个板式换热器100的压降、换热性能和容积中的至少一个：
Ta：所述换热板20上的相邻两个凸起点23之间的边缘间距或两相邻凸起点23之间的最短距离；
Tb：相邻两凹陷点22之间的边缘间距或两相邻凹陷点22之间的最短距离，该Tb的距离连线与所述Ta的距离连线相空间交叉；
Ha：连接Ta之间有一凹陷过渡曲线，该曲线上表面最低点与换热板20的最高点之间的垂直距离；
Hb：连接Tb之间有一凸起过渡曲线，该曲线下表面最高点与换热板20的最低点之间的垂直距离；
Wa：与Ha对应的曲线两端的距离；
Wb：与Hb对应的曲线两端的距离；
e：换热板20的上表面的高点与凹陷点之间的垂直距离，或换热板20的下表面最低点与凸起点之间的垂直距离。
所述两凸起点和所述两凹陷点间共用一个过渡曲面。
在保持换热板20的至少部分区域的Ta和Tb不变的情况下，通过调整所述至少部分区域的Ha、Hb来调节换热单元的至少一侧上的流入口的最小流通截面A2、A2’以调节换热板20两侧的压降、换热性能、容积和/或非对称性。
如图4所示，多个上述的换热板20相互叠置在一起而构成所述的板式换热器100，在叠置之后相邻的两个换热板20之间形成换热通道26。相邻的换热通道26通过换热板20的板片分割开。
如图5a-5d所示，对于一种点波式换热板的板片来说，当板片点波深度、点波间距Ta和Tb、板片厚度确定之后，图5c和5d中显示的参数Wa和Wb也就被确定了，如果依据现有技术中的常规做法，相应的参数ha和hb也就被确定了，这样图4中显示的最小流通截面A1也就被限制住了，于是整个换热板20的板片的压降、换热性能、容积也就没有办法改变了。
以图5a-5d中的图示为例，如果Ta＝Tb，依据自由成形原理，则Wa＝Wb，ha＝hb，自然也就得出了两侧对称的板片，过渡曲面高度ha＝hb＝e/2，这样的结果是当点波结构设计完成后，两侧的压降、换热性能、容积就没有办法调整，同样地两侧的非对称度也没办法调整。
下面以图6-7d所示为例，在不改变参数Ta和Tb的前提下，可以自由地在一定范围内通过调整参数ha和hb来调整最小流通截面A2’，以实现调整两侧的压降、换热性能、容积和非对称性。首先，以调小参数ha，同时调大参数hb为例，使得图示的换热板的这一板面的流道的最小流通截面变大，压降变小，容积变大。
接下来，以图8-9d所示为例，以调大参数ha，同时调小参数hb为例，使得图示的换热板20的这一板面的最小流通截面A3变小，压降变大，容积变小。
如上所述，所述调节参数Ha和Hb的步骤包括：调小参数Ha同时调大参数Hb；或调大参数Ha同时调小参数Hb。
所述参数近似满足以下关系：
继续参见图6和8，在所述相邻的两个换热板20的至少部分区域之间的换热通道26在所述两个换热板20中任一个的相邻的两侧的截面轮廓和/或面积是不同的。具体地，还可以设置成所述相邻的两个换热板的至少部分区域之间的换热通道26在所述相邻的两侧的最小流通截面轮廓和/或面积是不同的。
在板式换热器中，同一换热板20的两个表面上的换热通道中流过不同的流体以实现换热。
在图6中显示出两个叠置在一起的换热板20的两侧具有用于第一种流体和第二种流体的两种进口，其中右侧的换热通道26的进口的最小流通截面为A2，而左侧的换热通道26的进口的最小流通截面为A2’，显然相对于最小流通截面A2，而另一最小流动截面A2’被调小。由于该换热通道26的进口是由两个换热板20上的流道配合而成，故相应地换热板26的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。
同理，在图8中显示出两个叠置在一起的换热板20的两侧具有两种进口，其中右侧的换热通道26的进口的最小流通截面为A3，而左侧的换热通道的进口的最小流通截面为A3’，显然相对于最小流通截面A3，而另一最小流动截面A3’被调大。由于该换热通道26的进口是由两个换热板20上的流道配合而成，故相应地换热板26的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。
如上所述，本发明所提供的换热板和板式换热器可以扩展点波式换热器的板片的设计灵活度，使以前的压降范围、换热限制、容积受限得以克服；可以在不增加任何成本和加工难度的情况下，可以优化板式换热器的性能；可以通过调整不同区域的过渡曲面以实现流体的分配调整；对过渡曲面加以控制，以防止以前过渡曲面不受控带来的质量不稳定情况。
如已经已知的，点波式换热器的压降、换热性能和容积往往受到点波的分布结构和深度决定，一旦该参数确定，压降、容积、流体分布就被固定了，本发明通过上述设计可以在不改变点波布局基础上改变压降、容积、流体分布。
此外，对于点波式或具有类似结构的板式换热器，点波之间的过渡往往是自由过渡，即点波之间的过渡曲面由点波决定，点波间的过渡曲面不受约束，但是波纹的压降和容积受结构影响较大，本发明所设计的结构布置可以有效地解决这一技术问题。
以上仅为本发明的一些实施例，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种换热板，所述换热板包括凹陷点和/或凸起点，其特征在于，所述换热板的至少部分区域上的至少两个相邻的凹陷点和/或凸起点之间的过渡曲面配置成是受约束的。
2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，
所述换热板的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。
3.根据权利要求1或2所述的换热板，其特征在于，
通过所述换热板的至少部分区域的以下参数中的至少一个来调节整个板式换热器的压降、换热性能和容积中的至少一个：
Ta：所述换热板上的相邻两个凸起点之间的边缘间距或两相邻凸起点之间的最短距离；
Tb：相邻两凹陷点之间的边缘间距或两相邻凹陷点之间的最短距离，该Tb的距离连线与所述Ta的距离连线相空间交叉；
Ha：连接Ta之间有一凹陷过渡曲线，该曲线上表面最低点与换热板的最高点之间的垂直距离；
Hb：连接Tb之间有一凸起过渡曲线，该曲线下表面最高点与换热板的最低点之间的垂直距离；
Wa：与Ha对应的曲线两端的距离；
Wb：与Hb对应的曲线两端的距离；
e：换热板的上表面高点与凹陷点之间的垂直距离，或换热板的下表面最低点与凸起点之间的垂直距离。
4.根据权利要求3所述的换热板，其特征在于，
在保持换热板的至少部分区域的Ta和Tb不变的情况下，通过调整所述至少部分区域的Ha、Hb来调节换热板的至少一侧上的最小流通截面以调节换热板两侧的压降、换热性能、容积和非对称性。
5.根据权利要求4所述的换热板，其特征在于，
所述调节参数Ha和Hb包括：调小参数Ha同时调大参数Hb；或调大参数Ha同时调小参数Hb。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的换热板，其特征在于，
所述参数满足以下关系：
7.一种板式换热器，包括多个相互叠置在一起的换热板，所述换热板为根据权利要求1-6中任一项所述的换热板，在叠置之后相邻的两个换热板之间形成换热通道。
8.根据权利要求7所述的板式换热器，其特征在于，
在所述相邻的两个换热板的至少部分区域之间的换热通道在所述两个换热板中任一个的相邻的两侧的截面轮廓和/或面积是不同的。
9.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，
所述相邻的两个换热板的至少部分区域之间的换热通道在所述相邻的两侧的最小流通截面轮廓和/或面积是不同的。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的板式换热器，其特征在于，
同一换热板的两个表面上的流道中流过不同的流体以实现换热。
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